CN104734283A - 电池管理系统和电池管理方法 - Google Patents

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钟东龙
张沛
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Abstract

电池管理系统和电池管理方法,涉及电子技术。本发明的电池管理系统包括:至少两对连接有开关器件的电池单元接口,设置于正性参考点和负性参考点之间;至少一个电容,设置于正性参考点和负性参考点之间;电流检测单元,用于检测负载电流值;时分控制单元,与电流检测单元连接,还与各开关器件的控制端连接。本发明可以保持每一个电池单元总是处于理想的工作状态,即理想的输出电流,并且是间歇性的工作,从而充分利用电池的使用寿命。特别的,本发明的每一个电池单元都连接有开关器件,在非工作状态时开关器件保证了每个电池在电路上是相互独立的,提高了安全性。

Description

电池管理系统和电池管理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电子技术。
背景技术
[0002] 电池管理,特别是对多个电池的管理,是发挥电池能力和延长使用寿命的重要措施。对于多个电池构成的电池组,通常是采用并联方式成组,若其中出现参数不匹配(例如内阻)的电池,会对电池组的整体性能造成不良影响,因此选用参数接近以形成良好的配组是对电池管理必要条件。然而,选择参数匹配的电池必然造成成本上升一一相较于无配组要求、随机选择的电池组,形成良好配组的电池组的采购价格要远远超过前者。
[0003] 另一方面,对于带有多个电池的电器设备而言,并联式的设置容易出现安全隐患:若某一个电池故障造成短路,整个电池组将会迅速过热,进而发生火灾。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种无需对可充电电池进行参数配组的电池管理系统和电池管理方法。
[0005] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是,电池管理系统,其特征在于,包括:
[0006] 至少两对连接有开关器件的电池单元接口,设置于正性参考点和负性参考点之间;
[0007] 至少一个电容,设置于正性参考点和负性参考点之间;
[0008] 电流检测单元,用于检测负载电流值;
[0009] 时分控制单元,与电流检测单元连接,还与各开关器件的控制端连接。
[0010] 进一步的,所述时分控制单元具有下述控制方式:依据检测到的负载电流值,对开关器件进行时分控制,使连接到电池单元接口的电池单元分时交替接入供电电路,并依据负载电流值调节同时接入的电池单元数量,使各电池单元输出电流值处于预设范围内。
[0011] 每一对电池单元接口都有一个与之并联的电容。
[0012] 所述电流检测单元设置于正性参考点与正性输出端之间,或者负性参考点与负性输出端之间。
[0013] 本发明还提供一种电池管理方法,其特征在于,包括下述步骤:
[0014] a、在正性参考点和负性参考点之间并联设置至少两个电池单元,以及至少一个电容,每个电池单元串联有一个开关器件;
[0015] b、将预定数量的电池单元接入供电电路;
[0016] c、检测负载电流值,依据负载电流值和单个电池单元的理想电流值之间的比例计算接入的电池单元数量;
[0017] d、若计算所得的电池单元数量大于或等于全部可用电池单元数量,则接入全部可用电池单元;
[0018] e、若计算所得的电池单元数量小于全部电池单元数量,则通过控制开关器件调节同时接入供电电路的电池单元数量,使单个电池单元的输出电流值趋近理想电流值;电池单元为分时交替接入;
[0019] f、返回步骤C。
[0020] 进一步的,步骤b包括下述子步骤:
[0021] bl、以将电池单元逐个接入供电电路然后检测负载电流值的方式检测电池单元是否可用,然后保持不可用的电池单元始终处于断开状态;
[0022] b2、将预定数量的可用的电池单元接入供电电路;
[0023] 单个电池单元周期性分时接入供电电路,接入状态方波的频率大于或等于50Hz。
[0024] 或者,步骤c中,各个电池单元分时接入供电电路,且接入的几率平均分布。
[0025] 或者,步骤c中,各电池单元分时循环接入供电电路。
[0026] 步骤c中,每个电池单元包括至少两个电池。
[0027] 步骤bl中,还记录不可用的电池单元的地址并输出。
[0028] 步骤e中,每个电池单元每次接入时间小于10毫秒。
[0029] 本发明的有益效果是,无需对电池进行严格的参数匹配,采用本发明可充分发挥单个电池的性能,实现良好的整体性能。
[0030] 本发明可以保持每一个电池单元总是处于理想的工作状态,即理想的输出电流,并且是间歇性的工作,从而充分利用电池的使用寿命。特别的,本发明的每一个电池单元都连接有开关器件,在非工作状态时开关器件保证了每个电池在电路上是相互独立的,提高了安全性。
附图说明
[0031] 图1是本发明的原理示意图。
[0032] 图2是本发明的实施例1的示意图。
[0033] 图3是本发明实施例1的电池输出示意图。横坐标为时间,纵坐标为电流值。a为3个电池单元的时间一一电流示意图,b为负载电流的时间一一电流示意图。
[0034] 图4是对比测试曲线图。
具体实施方式
[0035] 实施方式一
[0036] 参见图1。本发明的电池管理系统包括下述部分:
[0037] 电池单元接口,设置于正性参考点和负性参考点之间,每一对电池接口通过开关器件与正性参考点或者负性参考点连接;所述正性参考点在工作时连接电池的正极,负性参考点在工作时连接电池的负极。本发明的电池单元接口是指用于连接电池单元的端口,由于电池有正负两极,与之连接的端口必然有两个,本发明将连接同一电池组的两个端口称为“一对”电池接口。
[0038] 电容,设置于正性参考点和负性参考点之间,其作用是在电池切换时缓存电能,使输出电流尽量的平滑;
[0039] 电流检测单元,用于检测各电池单元接口输出的电流;
[0040] 时分控制单元,与电流检测单元连接,以接收检测到的电流值(数字信号或者模拟信号),还与各开关器件的控制端连接,用于控制各开关器件的闭合或者断开。
[0041] 其中,电流检测单元的检测点可设置在工作环境中与电池组整体输出电流相关的任意位置,只要能够从检测点检测或者推算出整体输出电流值即可,例如图1所示的在整个电路的输出端口,或者是,在每个电池单元都分别设置有电流检测模块,将结果汇集到时分控制单元。
[0042] 时分控制单元具有下述控制方式:依据检测到的输出电流值,对开关器件进行时分控制,使连接到电池单元接口的电池单元分时循环接入供电电路,进而使各电池单元输出电流值的总和处于预设范围内。
[0043] 图3以3个电池(Al〜A3)构成的电池组为例进行说明,单个电池的输出电流通过开关器件的控制表现为方波,3个电池按时间分别接入和断开,虽然单个电池输出为方波,叠加后整体上依然表现为直线,切换间隙形成的波谷在电容的作用下变得可以忽略。在电池数量为数十个甚至更多,并且切换频率很高的情况下,整体输出曲线将是几乎完全平滑的一条直线。本发明称这样的控制方式为时分控制,控制各个电池按照时域分布分别接入和断开。
[0044] 在电池单元数量足够多的时候,时分控制单元依据检测到的输出电流值,对开关器件进行时分控制,使连接到电池单元接口的电池单元分时循环接入供电电路,进而使各电池单元输出电流值的总和处于预设范围内。例如,在20个电池构成的电池组中,初始状态所有电池全部接入,若检测单元反馈电流值相较于预设值过大,控制单元迅速切换到时分供电方式,以一个预设数值(例如5个)作为同时接入的电池数量,20个电池分为5组(4X5),分别为Al〜A4,B1〜B4,C1〜C4,D1〜D4,E1〜E4。时域上,一个周期分为5个时间单元,第一个时间单元接入A1、B1、C1、D1、E1,第二个时间单元接入A2、B2、C2、D2、E2,以此类推到第五个时间单元。一个周期的时间可以非常短,例如0.ls,各组电池按照时域分布顺次接入和断开,形成时分循环接入。在工作过程中,时分控制单元实时监测电流状况,依据电流大小增加或者减少同时接入的电池数量。
[0045] 图2是实施例1的电路图,每一个电池单元都配备了一个与之并联的电容。
[0046] 实施方式二
[0047] 本发明提供一种电池管理方法,包括下述步骤:
[0048] a、在正性参考点和负性参考点之间并联设置至少两个电池单元,以及至少一个电容;
[0049] b、若预定的数量等于全部电池单元数量,则全部电池单元接入供电电路;
[0050] 若预定的数量小于全部电池单元数量,控制预定数量的电池单元开关器件,将预定数量的电池单元分时接入供电电路;
[0051] C、检测各电池单元输出电流值的总和,若超出预设范围则通过开关器件减少同时接入的电池单元数量,若低于预设范围则通过开关器件增加同时接入的电池单元数量直至全部电池单元接入。
[0052] 实施例2
[0053] 本实施例是在实施方式二的基础上的进一步的限定,单个电池单元的接入状态方波的频率大于等于50Hz。
[0054] 实施例3
[0055] 本实施例在实施方式二的基础上的进一步的限定,步骤c中,若预定的数量小于全部电池单元数量,控制预定数量的电池单元开关器件,各个电池单元分时接入供电电路,且接入的几率平均分布。各个电池可以不必严格分组,随机接入即可,但在一个预设的时间段内,接入的几率是平均的。
[0056] 实施例4
[0057] 本实施例在步骤c中,若预定的数量小于全部电池单元数量,控制预定数量的电池单元开关器件,将预定数量的电池单元分组,各组分时循环接入供电电路。每一组可以由I个或I个以上的电池构成。
[0058] 参见图4。
[0059] 曲线I为单体电池充放电测试曲线,采用新威电池检测系统CT-3008-5V3A-ST,电池单体为福斯特18650。
[0060] 曲线2为1/24电池组充放电测试曲线。24个单体电池采用本发明组成电池组,以新威电池检测系统CT-4008-5V50A-NTA测试,单体电池为福斯特18650电池,且与曲线I测试的单体电池为同一批次,曲线2表示24个电池形成的电池组的1/24。
[0061] 由测试曲线可知,在充放电120次时,单体电池的充放比降低至60% (由2000毫安时降低到约1200毫安时),而采用本发明技术的电池组,充放比高达96%。

Claims (12)

1.电池管理系统,其特征在于,包括: 至少两对连接有开关器件的电池单元接口,设置于正性参考点和负性参考点之间; 至少一个电容,设置于正性参考点和负性参考点之间; 电流检测单元,用于检测负载电流值; 时分控制单元,与电流检测单元连接,还与各开关器件的控制端连接。
2.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述时分控制单元具有下述控制方式:依据检测到的负载电流值,对开关器件进行时分控制,使连接到电池单元接口的电池单元分时交替接入供电电路,并依据负载电流值调节同时接入的电池单元数量,使各电池单元输出电流值处于预设范围内。
3.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,每一对电池单元接口都有一个与之并联的电容。
4.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述电流检测单元设置于正性参考点与正性输出端之间,或者负性参考点与负性输出端之间。
5.电池管理方法,其特征在于,包括下述步骤: a、在正性参考点和负性参考点之间并联设置至少两个电池单元,以及至少一个电容,每个电池单元串联有一个开关器件; b、将预定数量的电池单元接入供电电路; c、检测负载电流值,依据负载电流值和单个电池单元的理想电流值之间的比例计算接入的电池单元数量; d、若计算所得的电池单元数量大于或等于全部可用电池单元数量,则接入全部可用电池单元; e、若计算所得的电池单元数量小于全部电池单元数量,则通过控制开关器件调节同时接入供电电路的电池单元数量,使单个电池单元的输出电流值趋近理想电流值;电池单元为分时交替接入; f、返回步骤C。
6.如权利要求5所述的电池管理方法,其特征在于,步骤b包括下述子步骤: bl、以将电池单元逐个接入供电电路然后检测负载电流值的方式检测电池单元是否可用,然后保持不可用的电池单元始终处于断开状态; b2、将预定数量的可用的电池单元接入供电电路。
7.如权利要求5所述的电池管理方法,其特征在于,单个电池单元周期性分时接入供电电路,接入状态方波的频率大于或等于50Hz。
8.如权利要求5所述的电池管理方法,其特征在于,步骤c中,各个电池单元分时接入供电电路,且接入的几率平均分布。
9.如权利要求5所述的电池管理方法,其特征在于,步骤c中,各电池单元分时循环接入供电电路。
10.如权利要求5所述的电池管理方法,其特征在于,步骤c中,每个电池单元包括至少两个电池。
11.如权利要求6所述的电池管理方法,其特征在于,步骤bl中,还记录不可用的电池单元的地址并输出。
12.如权利要求6所述的电池管理方法,其特征在于,步骤e中,每个电池单元每次接入时间小于10毫秒。
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